[发明专利]一种基于差分进化的极化‑QAM联合调制功放能效优化方案

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及极化-QAM联合调制技术和多参数约束优化问题。具体地说，是指一种基于差分进化的极化-QAM联合调制功放能效优化方案。

背景技术

在无线通信系统中，基站的能耗占了系统能耗的70％左右，功率放大器作为基站的关键组成部分消耗了基站总能量的50％-80％，而在此高能耗下功放所实现的能量转换效率仅为5％-10％。这是因为为了避免非线性失真需限制功放工作在低转换效率的线性区。

目前，在无线通信中已有一些从信号处理领域来提升功放能效的研究。第一类方法从抑制失真信号入手，如峰均比抑制、包络消除与恢复等技术。这类方法通过限幅、滤波、编码等方式降低信号的峰均比，提高发射信号的平均功率，从而提升功放能效。但这一类方法使功放工作在低效率的线性区，又限制了功放能效的提升。第二类方法从补偿失真信号入手，如前馈、负反馈、预失真等技术。这类方法通过构建外围电路来降低功放产生的非线性失真，从而改善功放的线性范围，提升功放能效。但由于功放的记忆效应，无法做到完全消除非线性失真，同时消除的失真信号部分也会使信号损失一部分能量，因此这类方法也限制了功放能效的提升。第三类方法则从信息承载方式入手，如极化调制(Polarization Modulation:PM)技术。这类方法通过以不受功放非线性失真影响的极化状态来承载信息，使功放工作在高效率的非线性区，从而提升能效。但相比于正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation:QAM)，极化调制在功放线性区的误码率较高，消耗相同能量的条件下能效低于QAM调制，因此单独使用极化调制只能在功放非线性区提升功放能效。此外，从利用极化调制技术来提升功放能效的研究中，可以发现功放能效受很多因素的影响，这些因素可以总结为：信道环境因素、性能因素和传输因素。而已有研究都只针对每一类因素对功放能效的影响给出了相应的优化方案。但是在实际通信中，影响功放能效的所有因素都是动态变化的，并且这些因素之间相互制约。因此已有研究不能对实际应用中的功放能效进行实时优化，存在一定的局限性。

发明内容

针对功放存在的非线性失真效应以及功放能效性能受众多因素影响的问题，本发明提出了一种基于差分进化的极化-QAM联合调制功放能效优化方案。该方案首先利用了QAM调制与极化调制各自在功放线性区与非线性区的优势，将两种调制技术结合起来。然后该方案利用差分进化算法对影响功放能效性能的众多因素进行联合动态优化，使得功放能效最优。

当功放处于线性区时，QAM调制误码率(Symbol Error Rate:SER)低于极化调制，在功放消耗相同能量条件下QAM调制可以获得更高的能量效率；而当功放处于非线性区时，QAM调制受到功放非线性失真影响出现误码，但极化调制具有不受功放非线性失真影响的特性。因此，可以结合两者的优势使用极化-QAM联合调制，使得当功放位于线性区时，将更多的数据用QAM调制进行传输，而当功放位于非线性区时，将更多的数据用PM调制进行传输，从而可以提升功放能效。但是从极化-QAM联合调制中可以发现其功放能效性能会受到很多因素的影响，比如：信道环境参数、性能需求参数、传输参数。在实际通信环境中，这些因素都是动态变化且相互影响的，那么就可以利用优化算法对这些参数进行联合动态优化，使得极化-QAM联合调制的功放能效最优。本发明综合利用QAM调制与极化调制各自在线性区与非线性区的优势，确保无论功放工作在线性区还是非线性区时都能提升能效。然后本发明利用差分进化算法对影响功放能效性能的众多因素进行联合动态优化，使得功放能效最优。

本发明提供的所述的一种基于差分进化的极化-QAM联合调制功放能效优化方案，具体步骤如下：

步骤一：极化-QAM联合调制功放能效优化系统模型的设计；